应用于盾构机滚刀状态监测的无线通信系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种应用于盾构机滚刀状态监测的无线通信系统，包括终端节点、主节点、转换模块和上位机；还公开了一种应用于盾构机滚刀状态监测的无线通信方法，包括步骤：接收、采集及处理传感器的信号，处理后的传感器信号为数字信号，并将数字信号通过无线传输到主节点；主节点接收从终端节点传输的数字信号，对数字信号进行处理后，发送控制命令及数据传输；将主节点发送过来的RS485总线数据信号进行转换，将其转换为RS232总线数据信号与上位机进行数据通信；上位机接收从转换模块发送的数据，对终端节点采集的数据进行最终接收及处理。本发明专利技术实现了对盾构机滚刀状态的无线监测。

【技术实现步骤摘要】
应用于盾构机滚刀状态监测的无线通信系统及方法
本专利技术涉及无线通信
，尤其涉及应用于盾构机滚刀状态监测的无线通信系统及方法。
技术介绍
目前，盾构机滚刀工作状态检测系统主要采用传统的有线通信方式，存在布线繁琐困难，检测功能单一等问题，一般只测量滚刀磨损状态；由于盾构机工作过程中，刀盘是处于旋转状态，各种检测传感器的信号线需要通过滑环才能将信号线引出，进而完成滚刀状态检测，为了避免线缆连接问题，磨损测量多采用压力检测方式，这种方式存在测量精度低，不可重复使用等缺陷，一旦滚刀磨损后，液压油泄露，则不能继续测量使用；随着盾构机在隧道施工当中的大量应用，以及对盾构机施工安全性的要求，目前亟待需要解决盾构机刀盘上滚刀的工作状态监测问题，因此需设计一种应用于盾构机滚刀状态监测的无线通信系统及方法。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足和缺陷，提供一种应用于盾构机滚刀状态监测的无线通信系统及方法，实现对盾构机滚刀状态的无线监测。为实现所述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种应用于盾构机滚刀状态监测的无线通信系统，包括终端节点、主节点、转换模块和上位机；所述终端节点，用于接收、采集及处理传感器的信号，处理后的传感器信号为数字信号，并将数字信号通过无线传输到主节点；所述主节点，用于接收从终端节点传输的数字信号，对数字信号进行处理后，发送控制命令及数据传输；所述转换模块，用于将主节点发送过来的RS485总线数据信号进行转换，将其转换为RS232总线数据信号与上位机进行数据通信，同时为主节点提供电源；所述上位机为带有RS232接口的工业控制计算机，用于接收从转换模块发送的数据，根据通信协议，对终端节点采集的数据进行最终接收及处理。进一步地，所述终端节点将数字信号通过无线传输到主节点，无线传输包括高频通信和低频通信；所述低频通信，工作频段为甚低频和低频频段，调制方式采用ASK调制，载波频率15KHz-150KHz，解调方式采用快速包络检波与慢速包络检波相结合，传输数据采用曼彻斯特码进行编解码；所述高频通信，工作频段为ISM频段；所述无线传输均通过无线通信天线进行传输，所述无线通信天线包括线圈天线和鞭形天线，所述低频通信采用线圈天线，所述高频高频通信采用鞭形天线。进一步地，所述终端节点与主节点构成星形网络拓扑结构；所述每个终端节点均包括终端节点电路、电池组和无线通信天线；所述终端节点电路还包括第一电源管理单元、传感器信号采集预处理单元、第一微处理器单元、第一高频无线收发单元和第一低频无线收发单元；所述第一电源管理单元，用于对为终端节点提供电源的电池组进行统一管理；所述传感器信号采集预处理单元，用于对传感器采集到的信号进行预处理，并将预处理后的信号发送至第一微处理器单元；所述第一微处理器单元，用于对接收到的信号进行处理；所述第一高频无线收发单元，用于通过无线通信天线接收和发送高频无线信号；所述第一低频无线收发单元，用于通过无线通信天线接收和发送低频无线信号，并将信号发送至第一微处理器单元；所述电池组，用于为终端节点提供电源。进一步地，所述主节点，还包括：第二微处理器单元、第二低频无线收发单元、第二高频无线收发单元、第一RS485总线接口单元、第二电源管理单元和无线通信天线；所述第二微处理器单元，用于根据通信协议生成数据帧与命令帧，实现对RS485总线的通信，切换高频无线通信与低频无线通信，并接收和发送与终端节点的无线传输信号；所述第二低频无线收发单元、用于对需要发出的信号进行调制，并将调制信号通过无线通信天线进行发射，同时接收并放大终端节点的低频无线信号，然后对接收信号进行解调；所述第二高频无线收发单元，用于通过无线通信天线接收和发送高频信号，通过串口与第二微处理器单元进行数据通信；所述第一RS485总线接口单元，用于实现RS485总线接口通信，将第二微处理器的串口信号转换为RS485总线数据信号，实现RS485总线上的数据收发；所述第二电源管理单元，用于为整个主节点电路提供电源，根据各个功能单元的供电需要，提供不同的电源电压。进一步地，所述转换模块，还包括：总线接口转换单元、RS232总线接口单元、第二RS485总线接口单元和第三电源管理单元；所述总线接口转换单元，用于将RS485总线数据接收后转换为RS232总线数据；所述RS232总线接口单元，用于通过RS232总线实现与上位机的数据通信功能；所述第二RS485总线接口单元，用于通过RS485总线实现与主节点的数据通信功能；所述第三电源管理单元，用于实现AC-DC转换功能，将220VAC电源转换为DC电源，为其余各个单元供电，同时为主节点提供电源。基于一种应用于盾构机滚刀状态监测的无线通信系统的一种应用于盾构机滚刀状态监测的无线通信方法，包括以下步骤：步骤1：接收、采集及处理传感器的信号，处理后的传感器信号为数字信号，并将数字信号通过无线传输到主节点；步骤2：主节点接收从终端节点传输的数字信号，对数字信号进行处理后，发送控制命令及数据传输；步骤3：将主节点发送过来的RS485总线数据信号进行转换，将其转换为RS232总线数据信号与上位机进行数据通信，同时为主节点提供电源；步骤4：上位机接收从转换模块发送的数据，根据通信协议，对终端节点采集的数据进行最终接收及处理。进一步地，所述步骤1具体包括：对传感器采集到的信号进行预处理，并将预处理后的信号发送至第一微处理器单元；将第一低频无线收发单元和第一高频无线收发单元接收到的数据信号传输至第一微处理器单元；第一微处理器单元对接收到的信号进行处理，并向第一低频无线收发单元和第一高频无线收发单元发送数据命令；第一低频无线收发单元和第一高频无线收发单元将根据数据命令将数据信号通过无线通信天线发送至主节点。进一步地，所述步骤2具体包括：第二低频无线收发单元通过无线通信天线接收并放大从终端节点传输的低频数据信号，对数据信号进行解调，并发送至第二微处理器单元；第二高频无线收发单元通过无线通信天线接收从终端节点传输的高频数据信号，并将数据信号通过串口传输至第二微处理器单元；第二微处理器单元对数据信号进行处理后发送；将第二微处理器单元的串口信号转换为RS485总线数据信号，并通过RS485总线将其传输至转换模块。进一步地，所述步骤3具体包括：接收主节点通过RS485总线传输的RS485总线数据信号；将RS485数据信号发送至总线接口转换单元，并将其转换为RS232数据信号；将RS232总线数据信号通过RS232总线传送至上位机。进一步地，所述上位机与主节点、终端节点之间为双向通信，上位机通过主节点向终端节点发送命令。本专利技术的有益效果是：1.本专利技术应用于盾构机滚刀状态监测的无线通信系统及方法，采用无线通信方式，解决了盾构机刀盘到控制室的数据传输问题，避免了刀盘上进行繁琐布线的问题，降低了盾构机刀盘结构设计难度与设计成本；同时本专利技术的无线节点具有微处理器，能够实时采集刀盘上所布置的传感器信号，及时将采集到的模拟信号转换为数字信号，避免了模拟信号长距离传输带来的干扰和损耗；终端节点与主节点组成星型通信网络，根据实际的需要，可以方便挂接不同数量的终端节点，终端节点可以挂接多种传感器，如温度测量、转速测量、磨损测量、应变力测量等，应用范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于盾构机滚刀状态监测的无线通信系统，其特征在于，包括终端节点、主节点、转换模块和上位机；所述终端节点，用于接收、采集及处理传感器的信号，处理后的传感器信号为数字信号，并将数字信号通过无线传输到主节点；所述主节点，用于接收从终端节点传输的数字信号，对数字信号进行处理后，发送控制命令及数据传输；所述转换模块，用于将主节点发送过来的RS485总线数据信号进行转换，将其转换为RS232总线数据信号与上位机进行数据通信，同时为主节点提供电源；所述上位机为带有RS232总线接口的工业控制计算机，用于接收从转换模块发送的数据，根据通信协议，对终端节点采集的数据进行最终接收及处理。

【技术特征摘要】
1.一种应用于盾构机滚刀状态监测的无线通信系统，其特征在于，包括终端节点、主节点、转换模块和上位机；所述终端节点，用于接收、采集及处理传感器的信号，处理后的传感器信号为数字信号，并将数字信号通过无线传输到主节点；所述主节点，用于接收从终端节点传输的数字信号，对数字信号进行处理后，发送控制命令及数据传输；所述转换模块，用于将主节点发送过来的RS485总线数据信号进行转换，将其转换为RS232总线数据信号与上位机进行数据通信，同时为主节点提供电源；所述上位机为带有RS232总线接口的工业控制计算机，用于接收从转换模块发送的数据，根据通信协议，对终端节点采集的数据进行最终接收及处理。2.根据权利要求1所述的应用于盾构机滚刀状态监测的无线通信系统，其特征在于，所述终端节点将数字信号通过无线传输到主节点，无线传输包括高频通信和低频通信；所述低频通信，工作频段为甚低频和低频频段，调制方式采用ASK调制，载波频率15KHz-150KHz，解调方式采用快速包络检波与慢速包络检波相结合，传输数据采用曼彻斯特码进行编解码；所述高频通信，工作频段为ISM频段；所述无线传输均通过无线通信天线进行传输，所述无线通信天线包括线圈天线和鞭形天线，所述低频通信采用线圈天线，所述高频高频通信采用鞭形天线。3.根据权利要求1所述的应用于盾构机滚刀状态监测的无线通信系统，其特征在于，所述终端节点与主节点构成星形网络拓扑结构；所述每个终端节点均包括终端节点电路、电池组和无线通信天线；所述终端节点电路还包括第一电源管理单元、传感器信号采集预处理单元、第一微处理器单元、第一高频无线收发单元和第一低频无线收发单元；所述第一电源管理单元，用于对为终端节点提供电源的电池组进行统一管理；所述传感器信号采集预处理单元，用于对传感器采集到的信号进行预处理，并将预处理后的信号发送至第一微处理器单元；所述第一微处理器单元，用于对接收到的信号进行处理；所述第一高频无线收发单元，用于通过无线通信天线接收和发送高频无线信号；所述第一低频无线收发单元，用于通过无线通信天线接收和发送低频无线信号，并将信号发送至第一微处理器单元；所述电池组，用于为终端节点提供电源。4.根据权利要求1所述的应用于盾构机滚刀状态监测的无线通信系统，其特征在于，所述主节点，还包括：第二微处理器单元、第二低频无线收发单元、第二高频无线收发单元、第一RS485总线接口单元、第二电源管理单元和无线通信天线；所述第二微处理器单元，用于根据通信协议生成数据帧与命令帧，实现对RS485总线的通信，切换高频无线通信与低频无线通信，并接收和发送与终端节点的无线传输信号；所述第二低频无线收发单元、用于对需要发出的信号进行调制，并将调制信号通过无线通信天线进行发射，同时接收并放大终端节点的低频无线信号，然后对接收信号进行解调；所述第二高频无线收发单元，用于通过无线通信天线接收和发送高频信号，通过串口与第二微处理器单元进行数据通信；所述第一RS485总线接口单元，用于实现RS485总线接口通信，将第二微处理器的串口信号转换为RS485总线数据，实现RS485总线上的数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷谦，谢红武，张必波，陈东海，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十二研究所，
类型：发明
国别省市：河南,41